[发明专利]用于生物合成环棒麦角素的基因簇

说明书

本发明基本上涉及生物碱，尤其是环棒麦角素（cycloclavine）的重组生产领域。本发明提供了参与环棒麦角素的生物合成的酶的基因簇的多核苷酸，以及包含此类多核苷酸的载体和宿主细胞。本发明还提供了由所述多核苷酸编码的多肽，其可以应用于生产环棒麦角素的方法中，所述方法也包括于本发明中。

环棒麦角素所属的异戊二烯化吲哚类生物碱是来源于异戊二烯基二磷酸和色氨酸或其前体的杂合天然产物，并且广泛分布于丝状真菌，特别是子囊菌纲（ascomycota）的青霉属（Penicillium）和曲霉属（Aspergillus）中。这些化合物表现为具有多种化学结构和生物学活性的一组天然产物。最近几年，通过从基因组序列鉴定生物合成的基因簇，以及通过分子生物学和生物化学研究，已经取得了所述化合物的生物合成的显著进步。此外，使用过量生产的和纯化的酶，通过化学酶促合成已经产生了一系列的异戊二烯化吲哚类衍生物。它们广泛分布于陆地和海洋生物中，特别是子囊菌纲的青霉属和曲霉属中，并且表现出广泛的结构多样性。这些化合物通常携带与其非异戊二烯化芳香族前体不同的生物学和药理学活性。

麦角生物碱是具有不同结构和生物学活性的吲哚衍生物的复杂家族（Flieger 1997，Folia Microbiol（Praha）42：3-30；Schardl 2006，Chem Biol 63：45-86）。麦角生物碱由两个目的真菌和三个科的植物产生。重要的生产者是麦角菌属（Claviceps）、青霉属和曲霉属的真菌（Flieger 1997，在上述引文中；Schradl在上述引文中）。天然麦角生物碱及其半合成衍生物都广泛应用于现代医学，并表现出广谱的药理学活性，其包括子宫收缩活性、调节血压、控制垂体激素分泌、预防偏头痛，以及多巴胺能活性和精神安定的活性（de Groot 1998，Drugs 56：523-535；Haarmann 2009，Mol Plant Pathol 10：563-577；Schardl 2006，在上述引文中）。根据麦角生物碱的结构特征，可以将其分成两类，即D-麦角酸和棒麦角素生物碱的酰胺衍生物（Flieger 1997，在上述引文中)1998，Alkaloids Chem Biol 50：171-218）。

第一组成员通常由麦角酸和肽部分，例如麦角胺组成。棒麦角素如环棒麦角素、田麦角碱和烟曲霉文或其前体，如裸麦角碱-I及其醛仅由缺少肽部分的三环或四环系统组成。棒麦角素型生物碱烟曲霉文由青霉属和曲霉属，例如烟曲霉（A.fumigatus）产生（Flieger 1997，在上述引文中），而不由麦角科（Clavicipitaceae）的真菌家族，例如麦角菌(C.purpurea)产生（Flieger 1997，在上述引文中）。相反，麦角肽（ergopeptine）由麦角菌产生，而不由烟曲霉产生。前体的比较显示，它们生物合成途径的早期阶段很可能是烟曲霉和麦角菌共有的，而途径的晚期步骤在两种真菌分类群中不同（Li 2006，Chembiochem 7：158-164；Panaccione 2005，FEMS Microbiol Lett 251：9-17；Schardl 2006，在上述引文中）。